SBR 作为锂离子电池的辅材之一，虽然用量极少 （仅用于石墨负极材料的匀浆和涂布），但是不可或缺的组成部分。极片涂布过程中因为烘干速度溶剂的挥发 影响 SBR 的迁移，造成 SBR 不同的分布状态，形成的浆料和极片微观结构都有 大的差异，形成的微观结构也直接影响到电池的性能。

SBR 使用不合理，会造成极片微观结构差异，影响石墨负极粘结性能，在辊压 时容易出现黏辊；影响石墨负极与铜箔之间的粘结性能，极片在电池充放电过程中 容易极化，引起负极掉料降低电池的使用寿命 。因此对 SBR 正确的认识、分析 SBR 对锂电池性能的影响，合理使用 SBR 对锂离子电池有重要的意义。

1 SBR 连接机理

1）首先了解一下 SBR 在浆料中如何才能起到黏接 剂的作用。只有石墨和炭 黑颗粒均匀分散在浆料和极片中，锂离子电池才能表现出较好的性能。石墨和炭黑 颗粒因为都是表面疏水性、非极性，没有添加剂其在水中发生聚集不能分散。石墨 负极与炭黑 分散时以阴离子 分散剂 为主，以非离子分散剂为 辅，可以取得稳定 的分散体系，一般负极石墨负极选用 SBR 和 CMC 两者协同作为黏结剂，CMC 称 为增稠剂，SBR 称为黏结剂。

选用 SBR 和 CMC 两者协同作为黏结剂的原因：1）SBR 黏结性虽然很强，但 不能长时间高速搅拌。如果匀浆时加入 SBR 后再长时间的搅拌，SBR 容易破乳，因其结构遭到破坏而降低了黏结性，一般 SBR 选择在搅拌后期加入低速搅拌，浆 料配备后如果不能进行涂布，需要低速搅拌代替静置。另外 SBR 分散效果不好，过多的 SBR 会产生较大溶胀，所以不单独用 SBR 作为黏结剂。

2）CMC 对于负极石墨的分散能够起到很好的作用。 CMC 在水溶液中会分解， 其分解产物将在石墨表面吸附，吸附后石墨颗粒因静电而相互排斥，达到很好分散 效果。当 CMC 的比例很高时，多出来 CMC 没有吸附到石墨颗粒表面，这些CMC 结合导致相互之间的引力大于吸附后石墨颗粒之间的斥力，形成的石墨颗粒 团聚。 CMC 呈脆性，如果黏结剂只用 CMC 配备石墨负极浆料，在后序制片过程 中，辊压时石墨负极会出现塌陷，分切时出现严重的掉粉。

3）匀浆工艺中 CMC 和 SBR 合理比例混合可以互相弥补缺陷，因而石墨负极浆 料具有良好的涂布性能。 CMC 和 SBR 与石墨、炭黑之间的配比需要通过一系列 的试验数据，然后选择优化的配比方案。另外 CMC 和 SBR 混合的方式及搅拌工 艺也对浆料性能产生影响，这些都需要时间过程中通过试验数据摸索稳定的工艺， 其中 SBR 主要起黏结、CMC 起增稠作用。不同的 CMC/SBR/石墨/炭黑都需要优化 工艺来获得最佳的浆料性能。

从电池负极的组成来看，石墨约用 96 份、SBR 约用 1.5～2.3 份，但是石墨的 比表面积是最小的，SBR 膜覆盖在石墨颗粒的表面，以及存在与石墨颗粒的中间，SBR 之间形成连接网络起到桥梁作用。同时 SBR 颗粒只有 150nm 左右单独 SBR 颗粒没有连接力，在浆料中只有很多 SBR 结合在一起形成 SBR 膜，才能形成连接力对石墨负极颗粒起到黏结的作用。 SBR 更多的连接是点对点的连接，把 石墨与石墨中间、石墨和碳黑、石墨和铜箔联结在一起。

2 SBR 对石墨分散的影响

1）当浆料里只有低含量的 CMC 没有 SBR 时，石墨颗粒在匀浆过程成中团聚 而不能很好的分散。

2）加入 CMC 与石墨比例适中时，加入 1.0%～4.5％的 SBR 到浆料里，由 SBR 吸附在石墨表面使石墨颗粒分散而浆料的黏度和模量都会降低。

3）当 CMC 为 0.7％～1.0％时浆料表现黏弹性，连续加入 SBR 也不会改变 浆料的流变特性。 SBR 和 CMC 同时加入和先加 CMC 随后加入 SBR 两种混合方式 进行对比，结果表明，石墨在浆料分散中 CMC 起了主导作用， CMC 优先与石墨 颗粒表面吸附。

总之，当 CMC 添加量很低时， SBR 加入会吸附在石墨颗粒表面，对石墨的 分散有一定的影响；随着 CMC 添加量的增加石墨表面的吸附量也增加， SBR 就 不能吸附在石墨表面，进而对石墨的分散起不到作用；当 CMC 达到一定量以后， 多余的没能吸附在石墨表面的 CMC 结合导致引力大于斥力，这样会形成的石墨颗 粒之间的团聚。因此，在石墨负极浆料的分散中 CMC 起到了很关键的作用。

3 与 SBR 相关的黏辊

1）涂布工序时，极片烤箱温度设置太高，负极片烘烤得相对较快，因溶剂蒸 发过快导致 SBR 迁移大部分带到极片表面，表面 SBR 浓度明显增高，形成表面黏 性大于铜箔与负极材料之间黏性的极片微观结构，容易导致辊压机形成黏辊，导致 因为黏辊脱落的颗粒掉落在极片上。可以通过我们调整涂 布的烘干及抽风频率的 设置，更好控制 涂布机 的运 行抑制 SBR 迁移，优化涂布烘烤干燥曲线。

2）SBR 连接力不够，浆料中 SBR 含量偏少，导致活性物质之间黏结力不

足，与箔片接结合力不足，当辊压时（与触其它物质接触时），有立刻脱离黏到其 它物体上的趋势。水性负极浆料的话可以考虑下 CMC 和 SBR 的比例，太少肯定黏 不好，可以调整控制 SBR 的存储膜量和黏弹性来改善黏辊性能。

3）在制浆时出现 SBR 漂蓝上浮情况，涂布后 会使 SBR 的浓度分布不均，活 性物质与箔材之间的 黏接性变差，辊压时就容易黏辊。主要措施：制浆后减少静 置时间，或可用低速搅拌代替静置；通过不同工艺调整石墨－CMC－SBR 搅拌方式 及配比， 依据试验数据选择匹配的石墨－CMC － SBR 工艺 方 案；也可选择特 殊改性的 SBR，使其表面官能团和 CMC 形成更好的相互作用，减少 SBR 漂蓝的现 象。

4 锂电池干燥温度对 SBR 的影响

锂离子电池在制作过程中严格控制水分，提高电芯干燥温度是降低水分的主 要途径。在电芯烘烤干燥过程中，黏结剂会高温下受热，不同性能的黏结剂可能会引发可交联基团发生交联的现象，从而影响电极性能。因此研究电芯干燥对黏结剂 性能的影响也是十分重要的。

有试验分析了水性黏结剂 LA132 和 SBR 的热性能，温度过高时 LA132 会发 生分子间交联，导致活性物质同集流体的黏接性受到破坏电池循环性能变差，其干 燥温度不宜高 120℃ , 而使用 SBR 的极片，性能几乎不受干燥温度的影响， SBR 受热不发生交联，剥离强度都维持在 3.5N/mm 左右。

5 SBR 对低温性能产生的影响

低温条件下锂离子电池的阻抗 RB 、RSEI 和 RCT 随着温度的下降都会上升， 但是 RCT 的上升幅度最大。如果可以降低低温条件下的 RCT ，就有可能提升电 池的低温性能。SBR 的因素而减少低温条件下电池 RCT 的增长幅度， SBR 的应 用就能够有效的提升电池的低温特性。

充电过程中，SBR 的膜覆盖石墨一定的比表面积，锂离子在传输过程中有效 的嵌入石墨的方式是 绕过 SBR 膜到达石墨表面。 电解液是锂电池中正负 极之间 锂离子传输的运动载体，电解液和 SBR 润湿 性能越好，越有利于锂离子在界面之 间的传导。不 同 SBR 与相同电解液润湿是不同的。选用不同 SBR 的低温电池放 电数据显示，润湿性能好 SBR 的比一般 SBR 有 4％的提升，而 0℃下电池 DCR比一般 SBR 低 15％。虽然选用接触比小的 SBR 提升电池性能幅度没有其他途径 大，但是对于 SBR 来说，对电池性能影响是明显的提高。

6 SBR 对负极膨胀的影响

石墨负极极片经常遇到掉料、厚度反弹大等问题。负极极片膨胀对电池的循 环性能、内阻等具有重要的影响，所以我们需要了解黏结剂 SBR 对负极极片膨胀 的影响。负极极片的反弹主要与材料的物理性质有关系，例如弹性模量、断裂强 度、延伸率等等。CMC 在负极浆料中主要起到增稠的作用， SBR 起到了较强的黏 结作用，也正是因为 SBR 的高弹性，在辊压过程后，负极片会有较大程度的厚度 反弹。 SBR 的弹性模量和强度越高，负极膨胀率越低。

试验表明：负极膨胀与辊压时所受压力以及黏结剂弹性模量和强度有关。SBR 含量相同，辊压时所受压力相同，SBR 弹性模量和强度越高，负极膨胀率越低；SBR 含量越少，辊压时所受压力越小，前期的物理搁置、满电态和空电态的膨胀率就越小；负极膨胀导致电池卷芯变形，影响锂离子传输通道，进而对电池循环性 能产生严重影响。

SBR 的弹性模量影响极片的反弹，弹性模量越大极片厚度反弹越小。在电池材料选型时要优先挑选弹性模量大、断裂强度高的黏结剂，在材料配比调整过程中 尽量降低 SBR ，这样可以提高电池的循环寿命。

7 总结

综上所述，锂离子电池制造过程中浆料工序通过 SBR 优化的设计，在特定条 件改善 SBR 在极片中的微观结构，在压实的过程中提升 SBR 的储能膜量，通过 这个来提升减缓 SBR 引起的黏辊。通过提升电解液对 SBR 的浸润性提升电池的 低温性能。 SBR 合成工艺采用不同的手段，对 SBR 采用不同的合成单体，通过 SBR 表面的调整使 SBR 具有不同的性能，包括解耦、凝胶等方面都有调整，这样 不同的 SBR 会表现不同的对电解液的浸润性，对提升锂电池的低温性能有一定的 帮助。

在锂离子电池中 SBR 的作用好似 “ 四两拨千斤”，虽然 SBR 用量很少但是对 整体性能起到关键作用。 SBR 用量太少容易造成极片黏结力低，在辊压过程中易 掉料、黏辊等，对于电池的后期性能也是不利的。在锂电池制造过程中人们提高对 SBR 的重视，探索出与 CMC 、石墨负极合理的配比及工艺，才能在锂离子电池性 能上充分发挥作用。

文献参考：孙仲振. SBR 在锂离子电池中的影响[J]. 云南化工, 2020, 47(9):3.